ΑΝΑΛΥΣΗ, ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΗΣΗ ΚΑΙ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΤΑΞΕΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΑΤΡΟΠΕΙΣ ΣΥΝΤΟΝΙΣΜΟΥ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την τεχνολογία των μετατροπέων συντονισμού και συγκεκριμένα την κατασκευή ενός εργαστηριακού μετατροπέα LLC. Η εργασία χωρίζεται σε τέσσερα κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο είναι αφιερωμένο στο θεωρητικό υπόβαθρο που χρειάζεται ο αναγνώστης. Αρχικά αναδεικνύονται οι ανάγκες και τα πλεονεκτήματα που κα- θιστούν τους μετατροπείς συντονισμού υποσχόμενη τεχνολογία και αναλύονται τα χαρακτηρισ- τικά τους. Στην συνέχεια παρέχεται διεξοδική θεωρητική ανάλυση που συμπεριλαμβάνει τις διακοπτικές καταστάσεις και τις διακοπτικές μεταβάσεις του μετατροπέα LLC. Τέλος αναλύε- ται μια ιδιόμορφη τοπολογία μετατροπέα LLC, ο LLC μετατροπέας με ημιελεγχόμενη γέφυρα δευτερεύοντος. Αυτός αποτελεί τον μετατροπέα που θα κατασκευάσουμε στην συνέχεια της εργασίας. Στο δεύτερο κεφάλαιο συμπεριλαμβάνονται όλες οι σχεδιαστικές επιλογές που χρειάζονται για την υλοποίηση του μετατροπέα μας. Αυτές αποτελούνται από την επιλογή της τοπολογίας και την επιλογή των στοιχείων που την αποτελούν. Συγκεκριμένα αφού συμπεριλάβουμε θεωρητική εύρεση των μεγίστων συνθηκών λειτουργίας, σύμφωνα με τις σχεδιαστικές μας επιλογές, επιλέ- γουμε τον πυκνωτή σειράς, το πηνίο σειράς, το πηνίο μαγνήτισης και τα ημιαγωγικά στοιχεία. Πραγματοποιήθηκε έρευνα αγοράς και κατόπιν σύγκριση μεταξύ των υποψήφιων τεχνολογιών. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα απαραίτητα βήματα για την υλοποίηση του μετατ- ροπέα μας. Αυτά αποτελούνται από την σχεδίαση των κυκλωμάτων οδήγησης πύλης και των κυκλωμάτων των DC-DC τροφοδοτικών, για την παροχή συνεχής τάσης μεταβλητού επιπέ- δου, συγκεκριμένα 12V, 5V και 3.3V. Στην συνέχεια συμπεριλαμβάνουμε την σχεδίαση του αισθητήρα τάσης και ρεύματος, ώστε να μπορούμε να ελέγξουμε τον μετατροπέα μας. Στο τέλος του κεφαλαίου σχεδιάζουμε τις πλακέτες τυπωμένου κυκλώματος του μετατροπέα εκτελώντας τις απαραίτητες συνδέσεις και λαμβάνοντας καλές πρακτικές σχεδίασης για την αποφυγή φαιν- ομένων που δυσχεραίνουν την ορθή λειτουργία του μετατροπέα. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται, είτε πειραματικά, είτε σε επίπεδο προσομοίωσης η ορθότητα της σχεδίασης μας. Αρχικά ελέγχεται πειραματικά η πλακέτα του αντιστροφέα. Αφού ληφθούν τα αναμενόμενα αποτελέσματα αξιολογείται η επιρροή διαφόρων παραμέτρων στην συμπεριφορά της πλακέτας. Αυτοί αποτελούνται από τους DC πυκνωτές, τις DC αντιστά- σεις, το επίπεδο τάσης εισόδου, το ρεύμα εισόδου, την διακοπτική συχνότητα και την αντίσταση πύλης κατά την σβέση των διακοπτών. Στην συνέχεια ελέγχεται πειραματικά η πλακέτα του αισθητήρα τάσης και ο αισθητήρας ρεύματος και αποδεικνύεται η ορθότητα των σημάτων εξόδου τους. Ακολούθως παρουσιάζεται σε επίπεδο προσομοίωσης η ορθή λειτουργία του μετατροπέα LLC με ημιελεγχόμενη γέφυρα δευτερεύοντος και χωρίς κάποιο σχήμα ελέγχου. Σημειώνεται η επιρροή που έχουν στο κύκλωμα η αντίσταση Zr, η γωνία επικάλυψης, το φορτίο εξόδου και η τιμή του πηνίου μαγνήτισης. Στο τέλος του κεφαλαίου παρουσιάζεται σε επίπεδο προσομοίωσης η ορθή λειτουργία του μετατροπέα LLC με ημιελεγχόμενη γέφυρα δευτερεύοντος και έλεγχο κλειστού βρόγχου. Σημειώνεται η επιρροή που έχουν στο κύκλωμα η αντίσταση Zr, το επίπεδο τάσης εισόδου, το φορτίο εξόδου και η τιμή του πηνίου μαγνήτισης